RU2210686C1

RU2210686C1 - Vibration-isolating support

Info

Publication number: RU2210686C1
Application number: RU2002110491/28A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering and instrumentation engineering. SUBSTANCE: proposed vibration-isolating support contains base, platform and intermediate members placed in between. Said members are made in form of elastic plates curved to form cylinders and connected with base and platform by means of cylindrical joints with parallel axes and rigid parallel rods. Each cylinder accommodates lining made of viscoelastic material being secured over entire surface of cylinder and two non-linear elastic members with two stable states made in form of thin- walled homogeneous plates being part of hollow cylinder and brought into upper and lower parts of cylinder and resting by end faces on horizontally orientated projections made on lining along its generatrices. Upper and lower plates are flexibly connected, respectively, with upper and lower points of inner surface of cylinder by means of conical helical extension springs located in spaces made in lining. EFFECT: improved efficiency of vibration isolation of objects. 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам виброизоляции различных объектов в машине - и приборостроении. The invention relates to means for vibration isolation of various objects in the car - and instrumentation.

Известны виброзащитные опоры, имеющие в качестве несущих конструкций упругие нелинейные механические элементы с переменной жесткостью, выполненные либо в виде полых тел вращения с продольными прорезями /см. а.с. СССР 1481534, кл. F 16 F 1/34 1987 [1]/, либо в виде четырехзвенных параллелограмных шарнирных механизмов /см. а.с. СССР 1483132, кл. F 16 F 13/00, 1987 [2] /, либо в виде замкнутой винтовой конической пружины с витками в форме овала /см. а.с. СССР 1025934, кл. А 16 F 1/08, 1980, [3]/, либо в виде упругого подвеса, состоящего из стержней, имеющих возможность взаимного продольного перемещения друг относительно друга /а.с. СССР 1428875, кл. F 16 F 15/04, 1986 [4] /. При атом в ряде устройств [2,4] перестройка жесткостных характеристик упругих элементов может быть осуществлена в процессе специальной регулировки, в других устройствах [1,3] перестройка упругой системы и отстройка последней от резонансных режимов может происходить непосредственно в процессе эксплуатации. Known vibration protection supports having elastic non-linear mechanical elements with variable stiffness as load-bearing structures, made either in the form of hollow bodies of revolution with longitudinal slots / cm. A.S. USSR 1481534, class F 16 F 1/34 1987 [1] /, or in the form of four-link parallelogram articulated mechanisms / see A.S. USSR 1483132, class F 16 F 13/00, 1987 [2] /, or in the form of a closed helical conical spring with turns in the shape of an oval / cm. A.S. USSR 1025934, class A 16 F 1/08, 1980, [3] /, or in the form of an elastic suspension consisting of rods having the possibility of mutual longitudinal movement relative to each other / a.s. USSR 1428875, class F 16 F 15/04, 1986 [4] /. At an atom, in a number of devices [2,4], tuning of the stiffness characteristics of elastic elements can be carried out in the process of special adjustment, in other devices [1,3], tuning of the elastic system and tuning of the latter from resonance modes can occur directly during operation.

Однако известные устройства характеризуются низкой эффективностью виброизоляции, так как плавность упругих характеристик нелинейных упругих элементов не позволяет последним автоматически и практически мгновенно отстраиваться от возникающих резонансных режимов колебаний, обеспечивая одновременно при этом эффективную диссипацию энергии паразитных колебаний. However, the known devices are characterized by low efficiency of vibration isolation, since the smoothness of the elastic characteristics of nonlinear elastic elements does not allow the latter to automatically and almost instantly tune away from the emerging resonant modes of vibration, while simultaneously providing effective dissipation of the energy of spurious oscillations.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является виброзащитная опора, содержащая основание, платформу и расположенные между ними промежуточные элементы, выполненные в виде изогнутых в форме цилиндров упругих пластин, соединенных с основанием и платформой с помощью цилиндрических шарниров с параллельными осями и жестких параллельных друг другу стержней /см. а.с. СССР 1578396,кл. F 16 Н 15/04, 1987 [5]/, принятая за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a vibration-proof support containing a base, a platform and intermediate elements located between them, made in the form of elastic plates bent in the form of cylinders, connected to the base and the platform using cylindrical hinges with parallel axes and rigid rods parallel to each other / cm. A.S. USSR 1578396, class F 16 H 15/04, 1987 [5] /, adopted as a prototype.

Недостатком известного, принятого за прототип устройства, является низкая эффективность виброизоляции, что объясняется невозможностью его автоматической отстройки от возникающих резонансных режимов колебаний при одновременном обеспечении эффективной диссипации энергии паразитных колебаний. A disadvantage of the known device adopted as a prototype is the low efficiency of vibration isolation, which is explained by the impossibility of its automatic detuning from the emerging resonant modes of vibration while ensuring efficient dissipation of the energy of spurious oscillations.

Сущность изобретения заключается в создании виброзащитной опоры, способной автоматически отстраиваться от резонансных режимов колебаний за счет введения в структуру опоры нелинейных упругих элементов с двумя устойчивыми состояниями у каждого, осуществляющих скачкообразное изменение жесткостных характеристик виброзащитной опоры. The essence of the invention lies in the creation of a vibration-proof support, capable of automatically detaching itself from resonance modes of vibration by introducing nonlinear elastic elements with two stable states into each structure of the support, which effect an abrupt change in the stiffness characteristics of the vibration-protecting support.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции объектов. The technical result is an increase in the effectiveness of vibration isolation of objects.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной виброзащитной опоре, содержащей основание, платформу и расположенные между ними промежуточные элементы, выполненные в виде изогнутых в форме цилиндров упругих пластин, соединенных с основанием и платформой с помощью цилиндрических шарниров с параллельными осями и жестких параллельных стержней, особенность заключается в том, что внутри каждого из цилиндров последовательно установлены прикрепленная по всей поверхности цилиндра прокладка из вязкоупругого материала и два нелинейных упругих элемента с двумя устойчивыми состояниями у каждого, выполненных в виде тонкостенных однородных пластин, являющихся частью полого цилиндра, введенных свободно с натягом в верхнюю и нижнюю части цилиндра и опертых торцами на горизонтально ориентированные выступы, выполненные на прокладке вдоль ее образующих, при этом верхняя и нижняя пластины упруго соединены соответственно с верхней и нижней точками внутренней поверхности цилиндра с помощью винтовых конических пружин растяжения, размещенных в недеформированном состоянии в выполненных в прокладке полостях. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known vibration protection support containing a base, a platform and intermediate elements located between them, made in the form of elastic plates bent in the form of cylinders, connected to the base and the platform using cylindrical hinges with parallel axes and rigid parallel rods, the peculiarity lies in the fact that inside each of the cylinders a gasket is attached successively over the entire surface of the cylinder and viscoelastic material and two nonlinear elastic elements with two stable states for each, made in the form of thin-walled homogeneous plates that are part of a hollow cylinder, freely inserted with interference into the upper and lower parts of the cylinder and supported by ends on horizontally oriented protrusions made on a gasket along its generators while the upper and lower plates are elastically connected respectively to the upper and lower points of the inner surface of the cylinder using helical conical tension springs, size whelping in the unstrained state executed in the laying cavities.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена предлагаемая виброзащитная опора, общий вид, до срыва резонансных колебаний; на фиг.2 - виброзащитная опора после срыва резонансных колебаний. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed vibration protection support, General view, before the breakdown of resonant vibrations; figure 2 - vibration protection bearing after the breakdown of resonant vibrations.

Виброзащитная опора содержит основание 1,платформу 2 и расположенные между ними промежуточные элементы, выполненные в виде изогнутых в форме цилиндров 3 упругих пластин, соединенных с основанием 1 и платформой 2 с помощью цилиндрических шарниров 4 с параллельными осями и жестких параллельных стержней 5, при этом внутри каждого из цилиндров 3 последовательно установлены прикрепленная по всей поверхности цилиндра 3 прокладка 6 из вязкоупругого материала, например, резины, и два нелинейных упругих элемента с двумя устойчивыми состояниями у каждого, выполненных в виде тонкостенных однородных пластин 7,8, являющихся частью полого цилиндра, введенных свободно с натягом в верхнюю и нижнюю части цилиндра 3 и опертых торцами на горизонтально ориентированные выступы 9,10, выполненные на прокладке 6 вдоль ее образующих, причем, верхняя 7 и нижняя 8 пластины упруго соединены соответственно с верхней и нижней точками внутренней поверхности цилиндра 8 с помощью винтовых конических пружин растяжения 11, 12, размещенных в недеформированном состоянии в выполненных в прокладке 6 полостях 13, 14. The vibration-proof support contains a base 1, a platform 2 and intermediate elements located between them, made in the form of elastic plates bent in the form of cylinders 3, connected to the base 1 and the platform 2 using cylindrical hinges 4 with parallel axes and rigid parallel rods 5, while inside of each of the cylinders 3, a gasket 6 of viscoelastic material, for example rubber, attached to the entire surface of the cylinder 3, and two nonlinear elastic elements with two stable states They are made in the form of thin-walled homogeneous plates 7.8, which are part of a hollow cylinder, are freely inserted with interference into the upper and lower parts of the cylinder 3 and are supported by their ends on horizontally oriented protrusions 9.10, made on the gasket 6 along its generators, the upper 7 and the bottom 8 of the plate are resiliently connected to the upper and lower points of the inner surface of the cylinder 8, respectively, using helical conical tension springs 11, 12, placed in an undeformed state in the cavities 6, 13, 14 made in the gasket 6.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

В статическом состоянии виброзащищаемого объекта и соответственно виброзащитной опоры и при малой интенсивности их колебаний /фиг.1/ пластины 7, 8 находятся в выпуклом наружу состоянии, контактируя по всей своей наружной поверхности с внутренней поверхностью вязкоупругой прокладки 6, при этом конические пружины 11, 12 недеформированы и полностью утоплены в полостях 13, 14 в прокладке 6, 3 этом случае происходит диссипация энергии паразитных колебаний объекта за счет трения поверхностей вязкоупругой прокладки 6 и пластин 7, 8 при их относительных малых колебаниях, а также за счет трения концентрично сложенных витков конических пружин 11, 12 друг об друга. При возникновении резонансных колебаний объекта и соответственно резком увеличении амплитуды относительных смещений основания 1 и платформы 2 /фиг.2/ происходит резкое увеличение давления со стороны основания 1 и платформы 2 на цилиндры 3 в вертикальном направлении, деформация цилиндров 3 вместе с упругой прокладкой 6 данном направлении. В результате происходит "хлопок" пластин 7,8 по второе устойчивое положение /состояние/ выпуклостью внутрь до упора пластин выпуклыми частями друг в друга. При этом "хлопок" пластин во всех цилиндрах 3 происходит практически одновременно, так как "хлопок" в одном из цилиндров 3 вызывает мгновенное уменьшение жесткости всех системы в вертикальном осевом направлении. После "хлопка" пластин 7,8 пружины 11, 12 приходят в растянутое состояние. В результате "хлопка" происходит скачкообразное изменение /уменьшение/ осевой жесткости опоры, что соответственно приводит к мгновенному срыву резонансного режима, то есть к автоматической отстройке виброзащитной опоры от возникающего резонансного режима. После срыва резонансного режима амплитуда относительных вертикальных смещений платформы 2 и основания 1 резко уменьшается, давление внутрь со стороны упругого цилиндра 3 на пластины 7, 6 ослабевает. Поэтому, сил упругости со стороны растянутых пружин 11, 12 становится достаточно для обратного "хлопка" пластин 7, 6 в исходное состояние с выпуклостью наружу /фиг.1/.При полном прекращении резонансных явлений виброзащитная опора так и останется в данном исходном состоянии. В случае продолжения резонансных явлений или их повторном возникновении опять происходит "хлопок " и новый срыв резонансного режима и т. д. Таким образом, в любом случае происходит процесс адаптивной автоматической отстройки виброзащитной опоры с резонансного режима. Одновременно процесс "хлопка", то есть релейного срыва резонансного режима, сопровождается интенсивным взаимным смещением пластин 7, 8 относительно внутренней поверхности вязкоупругой прокладки 6 с изменением характера и конфигурации зон контакта, что приводит к интенсивной диссипации энергии паразитных колебаний, за счет чего происходит смягчение и как бы растягивание во времени релейного процесса "хлопка". In the static state of the vibration-protected object and, accordingly, the vibration-proof support and at a low intensity of their vibrations (Fig. 1), the plates 7, 8 are in a convex outward state, contacting the entire surface of the viscoelastic gasket 6, while the conical springs 11, 12 undeformed and completely recessed in the cavities 13, 14 in the gasket 6, 3 in this case, the energy of the parasitic vibrations of the object is dissipated due to friction of the surfaces of the viscoelastic gasket 6 and plates 7, 8 with their relative small vibrations, as well as due to the friction of concentrically folded turns of conical springs 11, 12 against each other. When resonant vibrations of the object occur and, accordingly, a sharp increase in the amplitude of the relative displacements of the base 1 and platform 2 / Fig. 2/, a sharp increase in pressure occurs from the side of the base 1 and platform 2 to the cylinders 3 in the vertical direction, deformation of the cylinders 3 together with the elastic gasket 6 in this direction . The result is a "clap" of plates 7.8 in a second stable position / state / bulge inward until the plates stop with convex parts in each other. In this case, the “clap” of the plates in all cylinders 3 occurs almost simultaneously, since the “clap” in one of the cylinders 3 causes an instantaneous decrease in the stiffness of all systems in the vertical axial direction. After the “clap” of the plates 7.8, the springs 11, 12 come into an extended state. As a result of the "clap", an abrupt change / decrease / axial stiffness of the support occurs, which accordingly leads to an instantaneous breakdown of the resonance regime, that is, to an automatic detuning of the vibration-proof support from the emerging resonance regime. After the resonance regime is disrupted, the amplitude of the relative vertical displacements of the platform 2 and the base 1 sharply decreases, the inward pressure from the side of the elastic cylinder 3 on the plates 7, 6 weakens. Therefore, the elastic forces from the side of the stretched springs 11, 12 become enough to reverse the "clap" of the plates 7, 6 to the initial state with a bulge outward / Fig. 1/. With the complete cessation of resonance phenomena, the vibration-proof support will remain in this initial state. In the case of the continuation of the resonance phenomena or their re-occurrence, a “pop” occurs again and a new breakdown of the resonance mode, etc. Thus, in any case, the process of adaptive automatic detuning of the vibration-proof support from the resonance mode occurs. At the same time, the process of “clapping”, that is, a relay breakdown of the resonance mode, is accompanied by intense mutual displacement of the plates 7, 8 relative to the inner surface of the viscoelastic strip 6 with a change in the nature and configuration of the contact zones, which leads to intense dissipation of the energy of spurious oscillations, due to which softening and as if stretching in time the relay process of "cotton".

Предложенная конструкция предельно проста, надежна, не предъявляет повышенных требований к технологии изготовления, сборке и регулировке, позволяя при этом обеспечить высокую эффективность виброизоляции объектов. The proposed design is extremely simple, reliable, does not impose increased requirements on manufacturing technology, assembly and adjustment, while ensuring high efficiency of vibration isolation of objects.

Claims

Vibration protection bearing, comprising a base, a platform and intermediate elements located between them, made in the form of elastic plates bent in the form of cylinders, connected to the base and the platform using cylindrical hinges with parallel axes and rigid parallel rods, characterized in that within each of the cylinders in series a gasket made of a viscoelastic material and two nonlinear elastic elements with two stable states for each, mounted on the entire surface of the cylinder, uniform thin-walled plates that are part of a hollow cylinder, inserted into the upper and lower parts of the cylinder and supported by their ends on horizontally oriented protrusions made on a gasket along its generators, while the upper and lower plates are resiliently connected respectively to the upper and lower points of the inner surface cylinder using helical conical tension springs placed in an undeformed state in the cavities made in the gasket.